基于STM32的智能称重系统

姚广芹++张岐磊

摘 要：本设计是以STM32F103RBT6单片机为控制器，电阻应变片为传感器，通过24位并集成放大的CS5530进行模数转换，配以NOKIA5110液晶显示和键盘等部分组成，该称重系统能实现自动称重、计价累计、去皮等主要功能，具有计量准确、快速方便、误差小、数字显示等优点。

关键词：STM32；应变片；CS5530；液晶

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）07-0041-02

1 方案论证

1.1 总体方案论证

本设计硬件电路由控制器，称重传感器模块，AD转换模块，键盘和显示模块组成，结构框图如图1所示。

1.2 称重传感器部分电路

称重传感器部分采用电阻式应变片，其工作原理是基于材料的电阻应变效应。电阻应变片把机械应变信号转换为ΔR/R后，由于应变量及相应的电阻变化一般都很小，难以测量且不便处理，因此要采用转换电路把应变片的ΔR/R变化转化成电压或者电流变化，常用的转换电路为直流测量电桥。

直流电桥特点是信号不受元件和导线的分布电感和电容的影响，抗干扰能力强，电桥调节平衡电路简单，直流电源（+5V）在系统中比较方便。直流电桥输出的信号较小，有必要做放大处理。

1.3 信号处理部分

由于直流电桥输出的电压信号只有0-30mV，所以需要用高增益、高稳定性的放大器进行放大，再经过AD转换后送给单片机。

选用放大电路与AD转换集成的芯片，可以简化硬件电路，提高抗干扰能力和精度。CS5530是高度集成的ΔΣ模数转换器，运用电荷平衡技术，性能达24位，非常适合称重衡器、过程控制、科学和医疗应用领域的单极性或双极性小信号测量。内部集成64倍放大器、数字滤波器、可选的50/60Hz频率抑制以及40倍的可控增益等信号调理电路。

1.4 键盘和显示部分

按键采用4*4矩阵按键，功能丰富，节约端口。液晶显示功耗低，界面清晰，显示信息丰富，NOKIA5110采用串行通信，接口电路简单，字符汉字均能显示，速度快，具有掉电模式，适合便携式的设备。

1.5 控制芯片

选择STM32系列，32位機，高性能，低功耗，速度快，集成化高，接口简单。

2 理论分析与计算

本设计测量电路采用直流电桥，具体测量方式分为单臂、半桥、全桥三种，灵敏度最高的是全桥电路，电路如图2。

当电桥平衡时，，所以。

全桥差动测量时，在四个桥臂上均放置350欧应变片，相对应变片应变相同，相邻应变片应变相反，其灵敏度系数较高，同时具有抑制温漂等优点。

3 硬件电路设计

本系统的硬件部分主要包括电源、单片机、称重传感器、键盘和显示等组成。主要单元电路设计如下：

3.1 单片机及电源模块的设计

本系统中单片机采用STM32F103RBT6，属于“增强型”，时钟频率最高达72MHZ，内含128K flash，32K RAM，性能优越。

STM32单片机需要直流3.3V电源，称重传感器电路需要直流5V电源，电路如图3。

3.2 称重部分信号处理电路

将左右两边四个电阻应变片接成全桥，四个接口接到CS5530上进行信号处理，AD转换如图4所示。称重电路的电源是5V，STM32单片机的电源是3.3V，用ADuM1401作电平转换。电平转换电路如图5。

3.3 键盘及显示电路

键盘采用4*4矩阵按键，16个按键功能如下：

0-9数字键——修改单价 *、#组合键——校准

A键——清零 B键——去皮 C键——金额累加

D键——显示总金额

显示电路采用NOKIA5510，接口电路如图6所示。

4 程序设计

软件部分采用模块化程序设计的方法，由主程序、液晶显示子程序、键盘扫描子程序等组成。主程序流程图如图7。

5 测试

取称重范围5.00g-500g；用法码逐一测量与示数比较，如表1。

6 结语

经过测试本设计主要实现下面功能：

（1）能显示被称物体重量、单价、金额；称重范围1.00g——500g，重量小于50g，误差小于0.2g；重量在50g及以上，称重误差小于0.4g。

（2）用数字键输入修改单价，每称重一件按C键保存金额，累加后按下D键显示总金额。

（3）按下B键称重皮重，并保存，重新带皮和重物一起称重，按下B键，减去刚保存的皮重，实现去皮。

（4）设置校准功能，防止一段时间内出现温度和元件本身等原因产生误差较大，随时可以用按键*、#组合键进入校准。

参考文献

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